Optimierte Prüfung der Beständigkeit gegen biogene Schwefelsäurekorrosion in Entwässerungssystemen
Im Kanalbau und in Kläranlagen stellt die biogene Schwefelsäurekorrosion (BSK) eine erhebliche Gefahr für die Integrität von Beton und Mörtel dar. Um hohe Sanierungskosten und Materialversagen zu vermeiden, ist der Einsatz von Werkstoffen mit hoher Langzeitbeständigkeit essenziell. Die neu überarbeitete DIN 19573 führt hierfür eine wichtige methodische Erweiterung ein: Neben dem klassischen chemischen Säuretest wird nun ein biologisches Prüfverfahren eingeführt, das die mikrobiologischen Prozesse der Korrosion realitätsgetreuer abbildet.
Die Mechanismen der biogenen Schwefelsäurekorrosion
Die Zerstörung von Baustoffen in Abwassersystemen resultiert aus einer komplexen Kette biologischer und chemischer Reaktionen. Der Prozess lässt sich wie folgt zusammenfassen:
- Bakterien wandeln schwefelhaltige Substanzen im Abwasser in Sulfid um.
- Daraus entsteht Schwefelwasserstoff (H₂S), der in den Luftraum des Kanals aufsteigt.
- Das Gas lagert sich auf den Materialoberflächen ab und wird durch mikrobielle Aktivität zu Schwefelsäure umgesetzt.
- Die entstandene Schwefelsäure greift die Struktur von Mörtel und Beton chemisch an.
Entwicklung der Prüfstandards: Von der DIN 19573 zum biologischen Verfahren
Die im März 2016 eingeführte DIN 19573 war die erste deutsche Anwendungsnorm für zementgebundene Mörtel im Kanalbau. Diese definierte standardisierte Verfahren zur Beurteilung der Materialtauglichkeit. Der bisherige Standard (Anhang A) basierte auf einem sogenannten „Säurebadtest“, bei dem synthetische Schwefelsäure verwendet wurde, um die Widerstandsfähigkeit der Mörtelklasse XWW4 zu prüfen.
Ein wesentlicher Nachteil des chemischen Tests liegt darin, dass die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen und deren Interaktion mit dem Material nicht berücksichtigt werden kann. Die im Juni veröffentlichte Revision der DIN 19573 ergänzt daher in Anhang D ein informatives biologisches Verfahren. Dieses ist zwar noch nicht verpflichtend, ermöglicht es Herstellern und Anlagenbetreibern jedoch, die Beständigkeit ihrer Werkstoffe unter Bedingungen zu validieren, die näher an der realen Praxis liegen.
Praxisnahe Materialprüfung bei Fraunhofer UMSICHT
Fraunhofer UMSICHT greift bei der Entwicklung dieser Prüfmethoden auf eine fast 20-jährige Expertise zurück. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Antifouling und Biokorrosion (Dr. Brill + Partner GmbH) wurde die Expertise in die Normierung eingeflossen.
Seit 2006 betreibt der Standort Oberhausen spezialisierte Anlagen zur kontrollierten Nachstellung der BSK. In der BioThio®-Anlage können Unternehmen ihre Werkstoffe unter Einsatz von Schwefelwasserstoff und schwefeloxidierenden Bakterien in einer beschleunigten, reproduzierbaren Umgebung testen. Dies dient der gezielten Qualitätssteigerung und der Entwicklung langlebigerer Materialien.
Während die biologische Charakterisierung von Werkstoffen somit eine fundierte Basis für die Materialoptimierung bietet, findet aktuell auf europäischer Ebene eine weitere Standardisierung statt: Eine Arbeitsgruppe des Europäischen Komitees für Normung (CEN) arbeitet derzeit an einer entsprechenden europäischen Norm.